卷彈簧用的卷簧機及其控制方法
2023-10-11 03:06:14
專利名稱：卷彈簧用的卷簧機及其控制方法
技術領域：
本發明的主題是根據權利要求1和7前序所述的一種卷彈簧用的卷簧機及其控制方法。
背景技術：
卷簧機可用於盤簧的製造，譬如褥墊彈簧、帶軟墊的家具彈簧、機械張力和壓縮彈簧以及支架彈簧，由於這些彈簧均包含至少一個盤體，彈簧線材通常經由一傳送裝置的線架移動到一成形裝置。所述的成形裝置可包括一個或多個繞制設備，該設備使彈簧線材偏移並以此方式使彈簧成形。根據卷簧機的功能方式，繞制設備可與卷簧機固定連接，或在彈簧製造期間可移動地保持在卷簧機上。在後面一種情況下，繞制設備例如可由一可旋轉的凸輪盤或一伺服馬達和/或一壓電移動器加以移動。
由於線材的不均勻性以及其化學和/或物理特性的不一致，所製成彈簧的特性與所要求的額定特性存在或多或少的差異。因而，物料特性譬如線材直徑、翹曲或扭曲、交織合成、內應力或微裂區都可對簧線線材的抗拉強度、彈性係數或其它影響成形的特性造成影響。簧線線材的不均勻性還會造成線材上不同位置處的導電性、阻抗或磁導率的電性能不同。物料的不均勻特性會導致製成的彈簧特性不能保持恆定，特別是形狀參數譬如繞制直徑、節距和/或機械性能譬如彈簧常數會有相當大的變化範圍。從而往往使製造具有幾何學精度且良好公差極限特性的彈簧變得十分困難。
德國專利DE-A1-19534189中記載有一適應性卷簧裝置，其中設有提高彈簧特性的一致性的設備。在所述成形裝置的下遊設有監控所述線材並產生彎曲線材的物理特性所特有的輸出信號的裝置。輸出信號被輸送到控制器並通過該控制器確定成形設備的精確位置或定位，尤其是，可以保持彈簧的外徑或內徑的位置。
這種卷簧裝置的缺點在於不同的線材特性對製成的彈簧的物理特性所構成的影響只有在彈簧成形過程之中或之後才能測得。只有所測得內徑或外徑與額定值有差別的情況下，所述的控制裝置才能修正所述繞制裝置的位置。生產者必須反覆評估正在製造的彈簧特性與所要求的彈簧特性之間的差別。在必須保持精密公差的情況下，需要將這些有差別的彈簧挑選出來。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種卷簧機及一種製造彈簧的方法，以使所要求的測定變量與預定額定變量之間的差別減至最少。
本發明的目是根據權利要求1和7所述的具有一檢測裝置的卷簧機及一種製造彈簧的方法所實現的。
根據本發明，卷簧機包括一檢測裝置，該檢測裝置在線材傳送方向的成型機的前面設有至少一測量傳感器。所述的一個或多個測量傳感器對行將成形的線材的測定量進行檢測，所述測定量由線材的物理和/或化學特性限定或共同確定。根據本發明，機器控制器對所述成形裝置的控制不僅取決於預定的指令或命令，而且還取決於設在線材成形裝置前面的測量傳感器所檢測到的測定量。關於怎樣將檢測到的讀數處理使成為成形裝置的控制變量的處理指令，通過一預定方式或一可預定的固定方式但也可以由控制裝置本身將成形裝置的測定讀數轉變為控制變量。在本發明的一較佳實施例中，所述控制裝置能進一步檢測與所製成的彈簧的特性相關的輸入或測定變量。特別是，所述控制裝置可檢測在一用戶界面的人工輸入，例如對成形機的控制方向及控制方位的輸入進行修正，以使彈簧具有所要求的額定特性。這與一使模型成形的開環控制迴路相對應或與處理設置相適應。所述的控制裝置還可選擇性地或額外地對檢測傳感器的測定變量進行測試，所述測定變量代表所製成的彈簧的特性或與存儲在控制器的存儲介質中的所要求的額定特性之間的偏差。
根據本發明，控制裝置被設計成預置測量傳感器的測定變量，以及與製成彈簧的特性有關的輸入和測定變量被設置成彼此相關聯，並且人們可在測定變量和/或由測定變量得出的函數之間形成相關性。通過該方法，控制裝置可確定預置測量傳感器的測定變量與製成彈簧的特性之間的規律性。特別是，考慮到測量傳感器的測定變量，控制器可啟動或影響成形裝置，使製成的彈簧具有所要求的和預定的額定特性，從而對線材特性的波動作出補償。
根據本發明以及根據本發明的製造彈簧的方法，下面通過幾個實例結合附圖對卷簧機的一較佳實施例作詳細的描述；圖1為一卷簧機部件的原理示意圖；圖2表示一渦流檢測裝置的讀數；圖3為一成型機的一驅動函數。
較佳實施例的詳細描述圖1以原理示意圖的方式顯示本發明卷簧機1的主要部分。該卷簧機1包括一電子機器控制裝置，即控制裝置3；一由兩個線材牽引滾輪5a，5b組成的線材傳送裝置5；以及一線材成形裝置7，它具有由兩支承滾輪9a，9b或一供應棒(未顯示)組成的一供應部分9及具有至少一成型機(器)11。該控制裝置3可包括一個組成部分或多個組成部分。具體說是控制裝置3可包括一常規機器控制裝置及與所述控制裝置相連接的一個人電腦或工業電腦。在圖1所示的本發明的具體實施例中，其中的一成型機11具有一彎曲器11a，它使彈簧線材即線材13在徑向方向偏轉或為使一螺旋狀或褥墊的彈簧的繞組形成；以及一偏轉器11b，它使線材13在軸向方向偏轉或為形成彈簧15的節距。箭號P所示為線材13的傳動裝置。彎曲器11a和偏轉器11b的位置和(或)定向的設置和控制可通過包括致動器例如通過控制馬達、步進馬達、設有或沒有齒輪傳動裝置的伺服馬達，或通過線性馬達例如包括壓電轉換器或可以電動或氣動方式驅動的軸進行。根據卷簧機的設計，控制裝置3對為使線材13彎曲成彈簧15的裝置11，11a，11b的調校、控制及調整可在彈簧製造期間或在彈簧製造期間之前和(或)之後進行。更新成型機的位置或定向所需的處理循環或啟動循環是很短的，大約在幾毫秒到大約100毫秒的範圍之內。控制裝置3包括可檢測輸入的或測定的變量的裝置，因此設有為啟動成型機11輸入標稱值或設置函數所需的例如一用戶界面17，它帶有一監控顯示器19和一鍵盤21；和(或)一裝置界面23，用於與檢測裝置25和(或)編程或數據讀取裝置連接，它們對輸入額定值或設定成形器11的驅動是須要的。為檢測線材特性的第一檢測裝置25a，它與控制裝置3連接並包括一測量傳感器，該測量傳感器設置在線材成形裝置7的上遊以便在線材13形成彈簧15之前可對線材特性3進行檢測。測量傳感器27基本上設計成可利用任何檢測方法對線材13的大多數類型物料參數或特性進行檢測。可利用多個測量傳感器27對這些被檢變量進行檢測。因此例如一光學CCD傳感器可檢測線材13的維度和(或)表面結構；一溫度傳感器可檢測它的溫度；以及一線圈可檢測渦流或阻抗。第一檢測裝置25a包括一渦流檢測裝置，例如由德國IBG Prüfcomputer GmbH公司提供、商標上標明為eddyliner的P或Px型渦流檢測裝置。這種裝置一般用於物料的檢查和質量的保證。根據本發明的應用，所述裝置包括一評估單元29及一與其連接成為測量傳感器27的線圈。另外，某些渦流類型檢測裝置作為一參考傳感器31，另一具有一參考線材13a的線圈可與所述評估單元29連接。在這種安排下，可減少或避免檢測裝置25a的偏移的發生，由此可優化被檢線材13的檢測範圍和精度。評估單元29以含有幾個大約在5Hz到300kHz之間的不同頻率的序列對測量傳感器27進行控制。所述的啟動是以正弦信號實現的。所述的啟動信號也可以是由多個正弦信號的疊加構成。可連續地或以一組脈衝的形式實現所述的啟動。評估單元29從信號的阻尼特性和(或)從可被這些信號影響的其它測定變量之中確定在一些檢測頻率或所有檢測頻率下阻抗Z的有功組分Ri和無功組分Ii，其中下角i的值可以是在1和例如8之間的整數。為替代檢測阻抗Z或除檢測阻抗Z以外，可對其他受勵磁信號的阻尼特性或受由勵磁信號產生的感應或渦流影響的測定變量進行檢測。
檢得的讀數轉送到控制裝置3或由控制裝置3調用。
圖2所示為由檢測裝置25a在檢測頻率f1＝25Hz，f2＝80Hz，f3＝250Hz，f4＝630Hz，f5＝1.6kHz，f7＝10kHz，f8＝25kHz時對4根以WA，WB，WC，WD標示的不同的線材13進行評估或檢測得出的讀數，其中每一標示的線材按序地在每一檢測頻率fi組別中首先顯示有功組分Ri，隨後顯示無功組分Ii。在座標上的標度為相對一參考阻抗值的換算讀數。人們可清楚地看出，在某些檢測頻率fi下被評定的的阻抗以及以WA，WB，WC，WD標示的線材13的阻抗帶有典型數值的有功和無功組分。這些數值對應於可由不同的特性確定的相應線材13特徵例如化學成分、結構組成、機械內應力、表面處理、導電率、導磁率、溫度、外徑、橫截面表面的形狀等。
這些特性，在不改變成型機11設置的情況下，把線材13屈曲成彈簧15可導致彈簧15的實際特性偏離要求的額定特性。因此，例如一螺旋形彈簧的內徑或外徑可能是太小或太大和(或)彈簧15的節距與要求的彈簧節距有偏差。還有可能是雖然彈簧15與設定的大小和形狀相符，但仍具有一與額定值不同的彈簧常數。
這些偏差可通過人工鑑定，例如通過觀察控制和(或)測量。人們可隨後通過用戶界面17對控制裝置3作出指令，要求成型機11適合於隨後製造再具有要求特性的彈簧15的指示。然後可根據經驗評估數據進行設置或修正。
圖3所示為一可行的啟動函數，它適合成型機11a用於製造一褥墊彈簧。水平方向x對應於彈簧製造期間線材13的前移長度。在垂直的方向Y所示為彎曲器11a的偏轉或位置或定向。兩坐標方向的換算是每一坐標方向相對其最大坐標值經標準化後以使每一座標的數值範圍在0與1之間。K1標記的控制曲線對應於一適合彎曲器11a用於一真正的參考線材的理想的啟動函數。控制裝置3可將每一要製造彈簧類型的這樣的控制曲線儲存在一存儲器(未顯示)內。可通過例如多項函數的參數或傅立葉係數或另外以一查找表等儲存控制曲線，其中可儲存例如平均地分布在線材全長的一百個支承位置上的對應偏轉數值。
如果以啟動函數K1製造的彈簧15其特性偏離要求的特性，因而例如由於線材特性的改變造成彈簧15的外徑太大或太小，或彈簧節距在容限範圍以外，例如超出一預定的額定值的2％或5％，控制裝置3可利用一適應的啟動函數K2(圖3中用一虛線表示)使製造的彈簧15再具有要求的特性。可通過將例如儲存在表內的啟動值與一校正係數相乘和(或)與一校正係數相加或相減以實現使這樣的控制函數的適應。這樣的校正適合於在所有的支承位置上實現，但也可以在個別的支承位置或支承位置組上以不同的校正數值實現。當然，可以一適應地改變啟動數值的方式以保留非幾何形狀的彈簧特性例如彈簧常數或提供漸進彈簧一適當的函數以保留不同的線材特性，其中彈簧15的形狀，例如它們的彈簧節距，可以不相同。可選擇地或另外地利用設有適當檢測傳感器33的第二檢測裝置25b對彈簧的特性偏差進行自動檢測。因此，可利用一基於照相機的圖片處理系統(未顯示)對例如一端環的外直徑和(或)繞組的最狹窄的內直徑和(或)彈簧節距進行檢測。與啟動函數K1的手工適應相似，控制裝置3、啟動函數K1或啟動數值可通過第二檢測裝置25b的測定變量自動地適應各自的支承位置或當這些被測定變量處於控制裝置3設置的容限範圍以外時，馬上進行校正。可利用預設在控制裝置3的處理指令實現控制函數K1的適應。控制裝置3還包括一監視裝置(未顯示)或一種算法以確定a)由檢測傳感器33檢測到的彈簧特性和(或)這些偏離額定特性的彈簧特性偏差的啟動函數和(或)這些啟動函數的修正和b)由所述檢測傳感器檢測到的彈簧特性之間的相關性。
所述的算法可考慮到在成型機前面的測量傳感器27檢測到的線材特性與隨後製成的彈簧15之間的檢測時延和所起的影響。
下面以例子說明一種評估這樣的相關性的可能性在開始設置卷簧機1的操作後，可通過控制裝置3自動地或者通過一操作者啟動一訓練模式。控制裝置將第一檢測裝置25a為每一要製造的彈簧所確定的數值存儲成數據集，假定要製造的彈簧的特性處於預定允許的容差範圍之內。
為例如二百組數據集的每一組數據集提供一標記，以使每一組數據集明確地為相應彈簧類型分配到啟動函數K1。這啟動函數K1同樣地以一查找形式放置在控制裝置3的存儲器內，其中記載有平均地分布在為製造彈簧15的線材的長度上的例如一百個支承位置。儲存在支承位置的數值對應於彎曲器11a在這些支承位置的位置上的啟動數值。控制裝置3可從早先儲存的可讀數據集的平均值或中位數計算出第一參考數據集，並將所述第一參考數據集儲存。此外控制裝置3可直接地將已被過濾及沒有隨機幹擾的讀數儲存。第一參考數據集相應地代表第一檢測裝置25a的一組不需啟動函數K1校正的數值。
同樣地，控制裝置3可自動地或通過人工指令建立另外的參考數據集，例如假如以下各項中有一項判據成立時-最初的啟動函數K1變了一新的或校正過的啟動函數K2以便要製造的彈簧15具有要求的額定特性-第一檢測裝置25a的一個或多個被測定變量與包含在早先儲存的參考數據集的數值之間有很大差別-控制裝置3從第二檢測裝置25b檢測到的測定變量的改變確定彈簧特性與同樣地儲存在控制裝置的一存儲介質之中的標稱值之間有很大差別。
第二和每一另外的參考數據集代表第一檢測裝置25a的一組數值需要在啟動函數K1或另一啟動函數K2、K3等作出修正才能製造出具有要求特性的彈簧15。在第一或更多的參考數據集形成後，它們例如可包括例如線材13在一個或多個頻率下的有功阻抗和無功阻抗部分，控制裝置3從訓練模式轉為不需進一步評估參考數據集的操作模式。控制裝置3現開始一比較算法，它把測量傳感器27檢測到並儲存為參考數據集的線材特性與在最初的啟動函數K1通過例如多回歸或多元連接執行的修正建立一關係，並找出這些變量之間的相關性。同時，除測量傳感器27的測定變量或參考數據集的數據外，還考慮到測定變量的線性和非線性函數或儲存在參考數據集的數據。然後得到為製造彈簧所需的啟動函數的相關性，或從原本的啟動函數K1及測量傳感器27檢測到的測定變量或參考數據集的數據推算它們與原本的啟動函數K1之間的差別。在確定相關函數時，控制裝置3可限制被測定變量的數量或儲存在數據集的相應數據，以便只考慮到那些對相關函數有重大影響的參數。
如果存在這樣的相關性，控制裝置2在改變成型機11的啟動函數時除考慮到已儲存的原本啟動函數K1外，人們還會考慮到測量傳感器27檢測到的讀數及為啟動成型機11的分配到的修正數值或相關函數。
編號一覽表1 卷簧機3 機械控制器5 輸線裝置5a，b 線材牽引滾輪7 線材成形裝置9 供應組件9a，b 支承滾輪11 成型器11a 彎曲器13 線材15 彈簧17 用戶界面19 監控顯示器21 鍵盤23 設備界面25 檢測裝置25a 第一檢測裝置25b 第二檢測裝置27 測量傳感器29 評估單元31 參考傳感器33 檢測傳感器
權利要求
1.一種用於製造彈簧(15)的卷簧機(1)，它包括一線材傳送裝置(5)；及一線材成形裝置(7)，後者由一機器控制裝置(3)控制並具有至少一電子控制的成型機(11)；其特徵在於，一檢測裝置的至少一測量傳感器(27)被安排在相對於所述行將成形的傳送方向的前面的所述成型機(11)，其中，所述的線材成形裝置(7)可受到一由測量傳感器(27)檢測到的測定變量的影響。
2.根據權利要求1所述的卷簧機(1)，其特徵在於，所述的測量傳感器(27)設計成可以利用無接觸的方式對一個或多個測定變量進行檢測。
3.根據權利要求1或2所述的卷簧機(1)，其特徵在於，所述的測量傳感器(27)包括一檢測線圈。
4.根據權利要求1至3所述的卷簧機(1)，其特徵在於，所述的檢測裝置(25a)包括一參考傳感器(31)。
5.根據權利要求1至4任一權項所述的卷簧機(1)，其特徵在於，所述的檢測裝置(25a)包括可對阻抗和/或可受感應電流或渦流影響的測定變量進行檢測的裝置。
6.根據權利要求1至5任一權項所述的卷簧機(1)，其特徵在於，所述的機器控制裝置(3)包括輸入裝置(21)和/或檢測傳感器(33)，用於輸入和/或檢測彈簧特性或與預定或預設的標稱值有偏移的彈簧特性偏差和/或用於輸入標稱值。
7.一種可用於對根據權利要求1至6任一權項所述的卷簧機(1)的執行的方法，其特徵在於，所述一個或多個成型機(11，11a，11b)的控制取決於一個或多個預定或預設的啟動函數(K1)以及所述檢測裝置(25a)的測定變量。
8.根據權利要求7所述的一種方法，其特徵在於，所述的機器控制裝置(3)把檢測裝置(25a)的測定變量儲存並對所述變量作進一步處理。
9.根據權利要求8所述的一種方法，其特徵在於，所述的機器控制裝置(3)以自動方式或人工指令方式將檢測裝置(25a)的測定變量處理成參考數據集，所述的參考數據集也對成型機(11，11a，11b)在製造彈簧(15)的控制上構成影響。
10.根據權利要求9所述的一種方法，其特徵在於，所述的機器控制裝置(3)確定所述的參考數據集與所述成型機(11，11a，11b)的啟動函數之間的相關性。
全文摘要
一種卷簧機(1)，它包括一檢測裝置(25a)，後者具有一測量傳感器(27)，後者設置在相對於行將成形的線材(13)的傳送方向的前面。所述的成型機(11)的啟動由測量傳感器(27)檢測到並相對於一預設啟動函數(K1)測得的變量所改變，以使成形的線材具有所要求的彈簧特性。
文檔編號B21C51/00GK1787889SQ200480012709
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月10日 優先權日2003年5月13日
發明者M·魯佐維科, J·雷斯納 申請人:施普爾股份公司聖加倫